華能平涼發電公司一次風機變頻改造

　　一、前言
　　火力發電廠既是電能生產企業，也是耗能大戶，要提高發電廠綜合效益，必須降低廠用電率和發電煤耗。由于電的能價比高，在資金有限的情況下，積極引進節電項目能創造更大的效益。如大家所知，火力發電廠輔機出力隨發電機負荷的大小而變化，一次風機作為主要輔機，基本上采用控制風機擋板的開度來調節，而作為電動機消耗的能量變化則不大，以致于造成很大一部分能量損耗。改為變頻調節后，通過改變電機轉速控制風壓，實現調整需要，減少節流損失，最終達到節電目的。本文以我公司一次風機變頻改造項目為實例，采用北京合康億盛科技有限公司生產的高壓變頻器，說明變頻裝置在電力行業技術改造中的廣闊應用前景。
　　二、改造方案
　　機組正常運行工況，兩臺一次風機運行。為了節約投資，我們對所有機組兩臺一次風機電動機進行了變頻改造，保留現有的一次風機電動機和高壓開關，分別增加一臺高壓變頻器，考慮6kV開關室位置情況，在一次風機附近建設變頻器小間。一次風機電動機采用變頻控制方式，一次風調節擋板仍保留，一次風控制邏輯在DCS系統內設計編制，增加一次風機變頻控制站，實現了手、自動控制及無擾切換等功能。
　　一次風機變頻運行時，調節擋板保持全開，一次風通過改變一次風機電動機轉速來調節；變頻器出現故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調節擋板同時也自動參與一次風壓控制。

　　風機變頻運行向定速切換時，應停運風機，手動切換一次回路后，按原啟動方式投入運行。
　　變頻器接入原電氣回路如圖1所示。合康億盛的一次風機變頻裝置的手動旁路由三把刀閘組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位。
　　一次風機電機進行變頻改造后，原先DCS系統對一次風系統的控制方式發生了根本改變，必須對所有設計一次風系統的順控、自動邏輯和畫面進行全面修改，增加變頻模式下操作、順控啟停、事故聯鎖、協調控制等功能。
　　三、變頻器主要技術規范
　　1．安裝、投運變頻器裝置后原電機不加任何改動可直接應用。
　　2．6kV主電源故障時，變頻器在3秒鐘內不停機，一旦主電源重新受電，裝置系統能自動恢復正常工作而無需運行人員的任何干預，以滿足主電源母線切換的需要。
　　3．變頻器內部通訊采用光纖連接，以提高通訊速度和抗干擾能力，變頻器內部強弱電信號分開布置光電隔離、鐵殼屏蔽，對本體控制系統就地控制柜沒有諧波影響，柜內設有屏蔽端子和接地設施。變頻裝置冷卻系統可靠，考慮冗余配置。單臺冷卻風機故障不影響系統正常運行，并報警遠傳到控制室。每一套冷卻裝置拆裝方便，并不影響變頻裝置的安全可靠運行。
　　4．變頻裝置提供電動機所需的過載、過流、過壓、欠壓、過熱、缺相保護以及進線變壓器的保護和變頻器過載，變頻器過熱等保護功能。
　　5．變頻裝置動力電源和控制電源分開供電，動力電源為變頻調速系統內部供電，控制電源獨立于動力電源系統?？刂齐娫垂收蠒r，變頻器不能立即停機，能保持運行半小時以上，以便維護人員處理電源故障。變頻器自備UPS，可維持30min。變頻器可在輸出不帶電機的情況下進行空載調試，也可在使用380VAC進行空載調試。
　　6．當6kV母線上電動機成組啟動時，對變頻器運行無影響。系統的共模電壓由進線變壓器承擔，不大于20kV，電動機不承受共模電壓。變頻器瞬時失電后，如果超過5個周波，變頻器自動使輸出功率為零，使電容上的容量輸出時間較長。待輸入電壓恢復正常后，重新提升輸出頻率到給定值，此過程由加減時間控制，不應有初始化時間。如果失電時間超過3秒，則變頻器保護停機，需要系統復位后才能重新啟動。

　　四、經濟效益分析
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　　我公司共4臺300MW機組，每臺機組有2臺一次風機電機。一次風機采用上海鼓風機廠生產的1788B/1224型單吸離心式風機，單臺風量82.2M3/S，其配套電動機采用上海電機廠生產的YKK500-4型電機，額定電壓6KV，額定電流175.4A，額定功率1600KW，轉速1484rpm。
　　為了摸準2#機組一次風機改造前后效益，在2008年7月中旬進行了3#機組一次風機改造后效率試驗。試驗參數主要有一次風機電流、一次風壓力。試驗時，一次風機調整門全開,隨著機組負荷變化，一次風機通過轉速調整一次風壓力。本次試驗共有四個工況，機組負荷分別為：180MW、200MW、250MW、300MW。
　　從試驗中一次風機運行功率參數來看，在一次風機改造前，機組負荷越小，一次風系統節流損失越大；改造后，系統阻力損失大幅下降，相應的功率也就節省下來了，所以在低負荷時節電效果明顯。
　　參照2007年1-12月份負荷變化工況，統計規律為1、2、3、11、12月份為電力系統高峰時段，4、5、6、7、8、9、10月份為電力系統低谷時段，并且機組調峰比較頻繁。如果按全年運行7000小時計算，合計可節電4383984kWh，按照0.207元/kWh價格計算，合計約節省90萬元，三到四年可收回全部投資。詳細計算見下表：

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　　1．改造前一次風機工頻啟動時，電動機承受8-10倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩，對電網和電機沒有沖擊，對風機也不產生大的啟動轉矩沖擊，可延長設備使用壽命，降低維修費用，減少維修改造量。
　　2．采用變頻運行后，由于電機軸功率下降，一次風機轉速降低，減輕了機械振動和噪聲，可延長設備使用壽命，改善了勞動環境。
　　3．變頻器保護功能齊全，質量可靠，可提高控制可靠性。
　　4．采用變頻運行后，一次風穩定可靠，提高了一次風系統運行穩定性。
　　五、結論
　　一次風機變頻器投入運行后，運行良好，調節平穩，運行電流明顯下降，調節范圍寬泛，具有明顯的節電效能，達到了預期的收益。
　　改造前后試驗數據表明一次風機采用變頻調速的運行效率明顯比定速運行采用調節閥調節時高，尤其是機組低負荷運行時。
　　一次風機電動機采用變頻器調速，調速范圍大，電動機轉速穩定，動態響應性能好，調節性能平穩，有利于一次風系統運行穩定可靠，改善了機組調節品質。
　　采用變頻技術降低電耗效果明顯，符合國家節能政策，達到了節約能源，降低廠用電的目的，值得進一步推廣應用。